¿Cómo funciona un pañal?

Los pañales modernos pueden retener "kilos" de orina y seguir pareciendo perfectamente secos. Esto es debido al tipo de sustancias químicas, casi todas sintéticas, presentes en él y en la forma en que se disponen estas sustancias al fabricar el pañal.

La capa interna está hecha de polipropileno, un plástico de tacto suave que se mantiene seco. La parte central está hecha de un polvo “superabsorbente” (poliacrilato de sodio, un polímero hidrófilo) combinado con celulosa “peluda”, además de una capa de fibra que evita que el fluido se remanse en un punto y le obliga a distribuirse por toda la superficie. La capa externa es de polietileno microporoso, retiene el fluido y deja pasar el vapor. El conjunto se une con puños de polipropileno hidrófobo, con una banda elástica en torno a los muslos para impedir la salida del fluido. El pañal se sujeta al bebé mediante bandas adhesivas o "velcro".

Los poliacrilatos son polímeros superabsorbentes debido a su estructura. En el caso del poliacrilato de sodio, los grupos carboxilato de sodio (-COONa) cuelgan de la cadena principal. Al contacto con el agua se desprenden iones sodio (Na+) dejando libres grupos negativos (-COO-). Estos, al estar cargados negativamente, se repelen entre sí, por lo que el polímero se "desenrolla" y absorbe agua. El poliacrilato de sodio es un polímero de masa molecular muy elevada, por lo que no se disuelve sino que gelifica.

El poliacrilato de sodio puede absorber agua destilada hasta unas 800 veces su propia masa. Si además de agua destilada se encuentran presentes otras sustancias, como es el caso de la orina, la capacidad de absorción se reduce mucho.

No solo en la higiene personal de los bebes y adultos, tiene aplicación los polímeros superabsorbentes, también se utilizan para:

QuimiKao S. A. de C. V., produce principalmente aminas grasas y sus derivados, sales cuaternarias de amonio y especialidades químicas, entre las que destacan el poliacrilato de sodio.

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Los Pañales desechables para bebés

Uno de los registros más antiguos que se conoce con respecto al uso de materiales para la cobertura higiénica es la piel de foca rellena con musgos o pastos, utilizada en el Antiguo Egipto. A partir de allí, la lista de elementos aplicados a lo largo de la historia es extensa y variada.

Durante los años 40, se usaban para los bebes telas rectangulares confeccionadas con algodón. En esa misma década, en Suecia, comenzaron a producirse los primeros modelos de pañales descartables: primero, fabricados en tela de algodón, luego se aplicaron multicapas de papel tissue recubiertas por una lámina plástica, pero las frecuentes fugas que se generaban pusieron en evidencia la necesidad de realizar más cambios en el diseño.

A principios de la década del 50, a pesar de que se plasmaron algunas modificaciones en el diseño, no se habían observado cambios sustanciales en cuanto a la elaboración de estos productos. Los mismos, seguían siendo considerados artículos de lujo y su uso estaba restringido para “ocasiones especiales” (principalmente durante los viajes).

Los 60´s marcaron el inicio de la fabricación a escala industrial con importantes adelantos: se reemplazaron las capas de papel por un colchón de fibras celulósicas (primero consistieron en fibras de algodón y luego se emplearon elementos fibrosos de diferentes maderas) y se incorporaron telas no tejidas, de buena calidad, en la capa de contacto con la piel.

En la década siguiente, la demanda progresiva a nivel mundial generó un importante incremento en la producción y las maquinarias utilizadas eran cada vez más complejas (algunas de ellas elaboraban 250 pañales por minuto). En este período, se redujo significativamente el espesor del pañal, proporcionando mayor adaptabilidad a los movimientos y disminuyendo el riesgo de fugas.

Luego, en los años 80, con el propósito de mejorar el ajuste se incorporaron cintas laterales de múltiples despegues, se redujo considerablemente el peso total del pañal y se introdujo el SAP (Polímero Súper Absorbente) que marcó un antes y un después, en cuanto al rendimiento, ya que implicó una notable evolución en la capacidad y la velocidad de retención de líquidos, disminuyendo los efectos adversos de pérdidas y roces. Los progresos continuaron con la aplicación de telas especiales, que mejoraron la “respirabilidad” del pañal y con diseños de barreras anatómicas.
En la actualidad, además de estos materiales, se suman los antimicrobianos, el aloe vera y las cintas fosforescentes, entre otros, con el objetivo de aportar valor a un producto que integra un segmento de mercado altamente competitivo.

El desafío futuro, en el campo de los pañales descartables, está relacionado esencialmente con dos aspectos: la inserción de los mismos en los sectores sociales de menores recursos (su utilización es muy limitada y en muchos casos desconocida), y la reducción del impacto ambiental, debido a que estos materiales desechables escasamente biodegradables constituyen un importante porcentaje del flujo de residuos en las zonas urbanas.

Los Polímeros superabsorbentes

Desde su introducción en el campo de los productos higiénicos descartables han sido considerados materiales prácticamente insustituibles, ya que poseen una capacidad de retención de la orina mucho mayor que su propio peso, y en relación con las fibras celulósicas presentan un poder absorbente promedio de unas 70 veces superior.

Los Polímeros hidrófilos y fibras de celulosa

Se trata de una familia de polímeros hidrófilos, de los cuales el más sencillo es el poliacrilato de sodio. En él, los grupos carboxilatos de sodio cuelgan de la cadena principal, y, en contacto con el agua, el sodio se desprende dejando iones carboxilo libres que por ser negativos se repelen. De esta manera, la cadena se desenrolla generando espacios para la absorción de grandes cantidades de moléculas de agua. Este hecho, sumado a los enlaces transversales débiles presentes en el polímero, ofrece como resultado una estructura tridimensional gelificada.
Además de su utilización en productos como los pañales descartables y toallas femeninas, son aplicables en la limpieza de residuos médicos hospitalarios, en la protección contra filtraciones de agua en diversas áreas de la industria, como aditivos en calderas, en agricultura, entre otras aplicaciones.

Ficha técnica del pañal

Los pañales descartables se fabrican a partir de máquinas que incorporan y ensamblan con extremada precisión cada uno de sus componentes:
- Pad absorbente , compuesto de pasta fluff que surge de fibras de maderas de coníferas, tratadas por pulpado químico blanqueado y luego pasadas por un molino que desmenuza la pulpa en seco. Esta pasta se mezcla con polímeros superabsorbentes.
- Cubierta de papel tissue (ubicada entre el pad y la cobertura no tejida), es un papel delgado, de bajo gramaje, que cumple la función de captar la orina y transferirla a todos los sectores del núcleo absorbente, evitando que el líquido se concentre sólo en la zona donde ocurre la micción.
- Cubierta de material no tejido , semipermeable, esta en contacto con la piel, con el objetivo de propiciar la transferencia de los líquidos hacia el interior y evitar el pasaje en sentido inverso.
- Cubierta impermeable plástica , la parte exterior que está en contacto con la indumentaria del bebé, cuya función principal es impedir el pasaje de desechos al exterior.

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Fuente: http://www.inti.gov.ar/sabercomo/sc30/inti4.php

Monómeros y polímeros

Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras moléculas pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.

Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares. Por lo tanto no son especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión definido. Cada una de las especies que forman a un polímero sí tiene un peso molecular determinado (Mi) y por lo tanto, para caracterizar una muestra de polímero se busca caracterizar la distribución de pesos moleculares de las moléculas de las especies que lo conforman: la proporción (generalmente en peso, wi) de cadenas de cada Mi que forma la mezcla.

Pesos moleculares promedio

La distribución de pesos moleculares se obtiene por medio de la técnica SEC (size exclusion cromatography). Otras técnicas de caracterización proporcionan valores promedio del peso molecular:}

siendo Ni el número de macromoléculas de peso molecular Mi. Teniendo en cuenta que la fracción en peso de cada macromolécula es

los promedios en número y en peso se pueden calcular con las expresiones

Los promedios z y z+1 son los que menos se usan. El promedio viscoso se aproxima al promedio en número o al promedio en peso dependiendo del exponente a, que es el parámetro de la ecuación viscosimétrica de Mark-Houwink. La relación de valores de los distintos promedios es:

Mn < Mv < Mw < Mz < Mz+1

Índice de polidispersidad

Es el cociente entre el peso molecular promedio en peso y el promedio en número:

Es siempre mayor que 1 y caracteriza la anchura de la distribución de pesos moleculares. Cuando toma valores próximos a 1 (1
Grado de Polimerización

Es el número de veces que se repite la unidad monómerica en una cadena. Como en el caso del peso molecular no es un valor exacto sino un promedio: xn, xv, xw, xz o xz+1. Se calcula dividiendo el correspondiente promedio del peso molecular entre el peso de la unidad monómerica (M0) que, conociendo la fórmula del polímero, se calcula como se explica en el apartado siguiente. Obviamente, el índice de polidispersidad se puede calcular también con los promedios del grado de polimerización como:

r = xw / xn.

Fórmula y peso de la unidad monomérica
Veamos como calcular el peso de la unidad monomérica de algunos polímeros cuya fórmula Vd. debe conocer:

Poliestireno

Peso de la unidad monomérica del poliestireno = suma de las masas atómicas de todos los átomos que la componen = (nº de carbonos x masa atómica del carbono) + (nº de hidrógenos x masa atómica del hidrógeno) = (8 x 12,01) + (8 x 1,01) = 104,16 g/mol.
Por lo tanto, el grado de polimerización promedio en peso de una muestra de PS cuyo peso molecular es Mw = 5,4 106 g/mol, será:

xw = 5,4 106 / 104 = 5,2 104.

Polietileno y Polipropileno

Peso de la unidad monomérica del polietileno = suma de las masas atómicas de todos los átomos que la componen = (nº de carbonos x masa atómica del carbono) + (nº de hidrógenos x masa atómica del hidrógeno) = (2 x 12,01) + (4 x 1,01) = 28,06 g/mol

Polimetacrilato de metilo y poliacrilato de metilo

Policloruro de vinilo

Polietilentereftalato

Nylon

Poliisobutileno, Poliisopreno y Polibutadieno

Términos comunes usados en polímeros

Termoplásticos

Define a los polímeros que al calentarse se funden y al enfriarse se solidifican. Este tipo de materiales puede ser fundido varias veces aunque en cada etapa de calentamiento se rompen algunas cadenas poliméricas y con ello se degrada paulatinamente el material.

Termofijos, Termofijados y Termoestables

Estos tres términos son equivalentes, son tres traducciones del término inglés “thermoset” que define a los polímeros entrecruzados que una vez sólidos, no vuelven a ablandarse al calentarlos. Es importante no confundir los polímeros termoestables con los polímeros estables a altas temperaturas porque los primeros son siempre entrecruzados mientras que los últimos pueden ser termoplásticos o termofijos.

Resina, elastómero, hidrogel

Estos tres tipos de polímeros son termofijos pero tienen propiedades distintas.
Las resinas tienen un alto grado de entrecruzamiento y una Tg superior a la temperatura de uso y por lo tanto, son rígidas y apenas se hinchan en ningún disolvente.

Los elastómeros, gomas o cauchos, tienen un grado de entrecruzamiento menor que el de las resinas y una Tg inferior a la temperatura de uso. En consecuencia, son flexibles y se hinchan considerablemente en algunos disolventes.

Los hidrogeles tienen un grado de entrecruzamiento del mismo orden de magnitud que los elastómeros pero su Tg suele ser más alta, aunque lo que más los define es que son hidrofílicos y se hinchan con masas de agua de entre 10 y 1000 veces su peso en seco.

Mecanismos y técnicas de polimerización

Son cosas distintas. Los distintos mecanismos se diferencian en la especie activa en la reacción de polimerización (radicálica, aniónica, catiónica, por pasos,...) mientras que las técnicas de polimerización se distinguen por el medio en el que la reacción tiene lugar (en disolución, en bloque o en masa, en suspensión, en emulsión,...).
Poliadición, policondensación, polimerización por pasos, polimerización en cadena y de adición son distintos mecanismos de polimerización que debemos saber distinguir. La polimerización en cadena se llama también polimerización de adición. Este término no debe confundirse con poliadición, que es un tipo especial de reacción de policondensación en la que no se desprenden compuestos de bajo peso molecular, en cada uno de los pasos de la reacción.
Conformación y configuración

Las distintas conformaciones de una macromolécula son las distribuciones espaciales que pueden adoptar sus átomos. Cuanto mayor es el grado de polimerización, mayor es el número de conformaciones posibles de una cadena aunque, a veces, sólo son posibles una o un número limitado de ellas (hélice, bastón, ovillo,...) que alcanzan una mayor estabilidad por la formación de enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas,... Las conformaciones se interconvierten unas en otras por rotación en torno a los enlaces que forman el esqueleto.

Las distintas configuraciones de una macromolécula son sus estereoisómeros, es decir, son distribuciones espaciales distintas de los átomos que sólo se pueden interconvertir rompiendo enlaces, nunca por rotación.